田 欣

（天津港航工程有限公司，天津300457）

我國(guó)擁有長(zhǎng)達(dá)1.8萬千米的海岸線及數(shù)百萬平方千米的可利用海域，豐富的海洋風(fēng)能資源為我國(guó)大力開發(fā)海洋風(fēng)能風(fēng)電場(chǎng)奠定了良好基礎(chǔ)。灘涂、潮間帶以及深遠(yuǎn)海海域也擁有豐富的可開發(fā)風(fēng)能資源，2017年以來海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅速崛起。2020年，隨著海上風(fēng)能的不斷開發(fā)，灘涂、潮間帶以及近海海域風(fēng)電場(chǎng)逐漸飽和，風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)正逐步向深海及離岸更遠(yuǎn)的遠(yuǎn)海發(fā)展[1]。

遠(yuǎn)海風(fēng)電建設(shè)帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一就是定位困難。目前較為成熟的定位技術(shù)有：RTK（Real-time kinematic實(shí)時(shí)相位差分技術(shù)）、VRS（Virtual reference station虛擬參考站技術(shù)）、DGNSS（差分全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)）、SBAS（Satellite-Based Augmentation System星基增強(qiáng)系統(tǒng)）[2]。各定位技術(shù)精度與特性見表1。

表1 主流定位技術(shù)參數(shù)表

在以往近海風(fēng)電建設(shè)中的定位技術(shù)主要為RTK，GPS的差分信號(hào)主要采用無線電發(fā)射和接收，具有低延遲、精度高的特點(diǎn)[3]。2018年以來，風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)逐步向遠(yuǎn)海發(fā)展，以我公司承攬的華能江蘇大豐海上風(fēng)電項(xiàng)目風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工及風(fēng)機(jī)安裝施工工程為例（下文簡(jiǎn)稱華能大豐海上風(fēng)電項(xiàng)目），項(xiàng)目位于大豐區(qū)海域的毛竹沙，離岸距離55km，周邊無島嶼和已成型的構(gòu)筑物，無法架設(shè)基準(zhǔn)站。項(xiàng)目沉樁施工部分定位精度限差為平面50cm、高程5cm，對(duì)照各定位技術(shù)指標(biāo)，理論上RTX技術(shù)才能滿足要求。

由于RTX技術(shù)在遠(yuǎn)海風(fēng)電項(xiàng)目中應(yīng)用的文獻(xiàn)資料較少，因此本文結(jié)合成功應(yīng)用RTX技術(shù)的風(fēng)電項(xiàng)目，對(duì)RTX技術(shù)的性能參數(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)其在遠(yuǎn)海風(fēng)電中的應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 RTX技術(shù)介紹

1.1 RTX技術(shù)系統(tǒng)組成

Trimble RTX（天寶Real-Time eXtended實(shí)時(shí)差分?jǐn)U展）技術(shù)是美國(guó)Trimble公司研發(fā)的一種星站差分定位技術(shù)，2011年開始在美國(guó)與歐洲大規(guī)模商用，2014年進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。RTX服務(wù)提供范圍如圖1。

圖1 RTX服務(wù)覆蓋范圍

1.2 RTX技術(shù)原理

RTX系統(tǒng)主要由GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)、L波段通訊衛(wèi)星、Trimble RTX控制中心和遍布全球的GNSS跟蹤站網(wǎng)絡(luò)組成。其工作原理如圖2所示：首先分布于全球的約100個(gè)GNSS跟蹤站，連續(xù)獲得實(shí)時(shí)衛(wèi)星和大氣改正數(shù)據(jù)后匯總至Trimble RTX控制中心，控制中心通過準(zhǔn)確的模型和算法生成RTX差分?jǐn)?shù)據(jù)，然后將差分?jǐn)?shù)據(jù)以CMRx格式打包注入L波段通信衛(wèi)星或蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)后，通過無線廣播到RTX終端設(shè)備，從而大大提高RTX終端設(shè)備定位精度[4]。

圖2 RTX系統(tǒng)原理

2 項(xiàng)目實(shí)例

華能大豐海上風(fēng)電項(xiàng)目位于江蘇省大豐區(qū)海域的毛竹沙，離岸距離55km，周邊無島嶼和已成型的構(gòu)筑物。項(xiàng)目沉樁施工部分定位精度限差為平面50cm，基礎(chǔ)形式為7m直徑單鋼管樁，基礎(chǔ)數(shù)量23。下面內(nèi)容將依托此項(xiàng)目簡(jiǎn)要闡述RTX技術(shù)在遠(yuǎn)海風(fēng)電項(xiàng)目應(yīng)用的過程與效果。

2.1 RTX設(shè)備介紹與施工定位準(zhǔn)備

本項(xiàng)目所用RTX設(shè)備終端為：Trimble SPS986。

本項(xiàng)目施工控制點(diǎn)與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)為：建設(shè)單位提供6個(gè)控制點(diǎn)，與施工區(qū)域WGS-84至CGCS2000的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換7參數(shù)。

施工定位前的準(zhǔn)備工作主要是利用RTX定位技術(shù)復(fù)測(cè)控制點(diǎn)：首先在Trimble SPS986控制器TSC3上新建項(xiàng)目，配置RTX功能參數(shù)（設(shè)置源橢球與目標(biāo)橢球，輸入中央子午線，設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)，錄入7參數(shù)）[5]。之后在Y1控制點(diǎn)上架設(shè)接收機(jī)，對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行點(diǎn)校正，再依次復(fù)測(cè)控制點(diǎn)Y2-Y6，每個(gè)點(diǎn)測(cè)量30個(gè)歷元，復(fù)測(cè)3次，取平均值作為復(fù)測(cè)成果。

2.2 RTX控制測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和精度分析

復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)分析：通過與已知坐標(biāo)對(duì)比，平面最大偏差為Y6（35mm），高程最大偏差為Y5（-37mm）。均小于50mm，精度達(dá)到《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)規(guī)范》一級(jí)控制網(wǎng)的要求見表2。

表2 實(shí)測(cè)控制點(diǎn)坐標(biāo)及誤差表

2.3 RTX技術(shù)在遠(yuǎn)海風(fēng)電沉樁過程的應(yīng)用

RTX定位在項(xiàng)目中應(yīng)用的實(shí)際過程：樁平面位置定位主要通過穩(wěn)樁平臺(tái)精確定位實(shí)現(xiàn)。利用船舶GPS進(jìn)行初步定位，船舶錨點(diǎn)收緊后利用RTX設(shè)備實(shí)時(shí)觀測(cè)穩(wěn)樁平臺(tái)位置，通過調(diào)整錨纜實(shí)現(xiàn)精確定位。

施工前，先復(fù)核穩(wěn)樁平臺(tái)的抱樁直徑、上下層液壓千斤頂位置和層高。理清樁設(shè)計(jì)中心與穩(wěn)樁平臺(tái)位置控制點(diǎn)關(guān)系，見圖3。通過RTX測(cè)量穩(wěn)樁平臺(tái)位置控制點(diǎn)的平面位置反算樁中心坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)樁平面定位。因?yàn)閷?shí)際樁中心位于兩個(gè)特征控制點(diǎn)連線的中點(diǎn)位置，假設(shè)特征控制點(diǎn)1的坐標(biāo)為（x1，y1），特征控制點(diǎn)2的坐標(biāo)為（x2，y2），則樁中心坐標(biāo)為（（x1+x2）/2，（y1+y2）/2）。

圖3 穩(wěn)樁平臺(tái)平面位置控制點(diǎn)分布圖

施工過程中，先利用船舶GPS進(jìn)行初步粗定位，并完成拋錨。之后測(cè)量技術(shù)人員利用RTX設(shè)備反復(fù)測(cè)量抱樁器兩個(gè)特征控制點(diǎn)坐標(biāo)，通過差量指揮調(diào)節(jié)錨纜移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)樁平臺(tái)精確定位。因樁位實(shí)際坐標(biāo)向設(shè)計(jì)坐標(biāo)接近的過程是通過調(diào)節(jié)船舶甲板上的六臺(tái)錨機(jī)伸縮完成的，錨機(jī)操作員通過測(cè)量員給出的實(shí)際誤差，不斷調(diào)節(jié)錨纜伸縮，使得實(shí)測(cè)坐標(biāo)向設(shè)計(jì)坐標(biāo)逐步靠近。雖然RTX的定位精度優(yōu)于35mm，考慮到定位效率與定位精度的平衡，當(dāng)實(shí)際樁位誤差在200mm內(nèi)（本項(xiàng)目樁位設(shè)計(jì)精度優(yōu)于500mm）時(shí)即鎖緊全部錨機(jī)停止調(diào)整。

精確定位后，另一名測(cè)量員進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保精度滿足設(shè)計(jì)要求，并測(cè)量特征點(diǎn)坐標(biāo)，填寫放樣復(fù)測(cè)記錄表。

2.4 RTX技術(shù)定位數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與精度分析

經(jīng)過該項(xiàng)目23根單樁定位的應(yīng)用，最大北坐標(biāo)誤差156mm，最大東坐標(biāo)誤差194mm，最大坐標(biāo)向量誤差223mm。北坐標(biāo)中誤差優(yōu)于72mm，東坐標(biāo)中誤差優(yōu)于79mm，坐標(biāo)向量中誤差優(yōu)于140mm（見表3、表4）。以上指標(biāo)均滿足遠(yuǎn)海單樁基礎(chǔ)平面定位精度500mm的限差要求。

表3 樁位放樣坐標(biāo)與誤差記錄表

表4 樁位放樣精度分析表

3 結(jié)束語

經(jīng)過項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，RTX技術(shù)定位精度高、定位速度快、部署維護(hù)簡(jiǎn)易[6]，完全滿足遠(yuǎn)海沉樁定位的要求。同時(shí)也證明了Trimble RTX技術(shù)在遠(yuǎn)海風(fēng)電項(xiàng)目中替代傳統(tǒng)定位技術(shù)的高度可行性。也為后續(xù)將RTX系統(tǒng)引入船載打樁定位系統(tǒng)，以適應(yīng)更復(fù)雜的風(fēng)電基礎(chǔ)（如高樁承臺(tái)基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)等）提供了有效的理論支撐。

2020年10月，400多家企業(yè)聯(lián)合發(fā)布了《風(fēng)能北京宣言》，提出踐行國(guó)家碳減排目標(biāo)的風(fēng)電發(fā)展路線圖：十四五期間風(fēng)電必須每年新增裝機(jī)容量不低于5000萬千瓦。這一路線給予了海上風(fēng)電市場(chǎng)廣闊的發(fā)展空間，也給予了RTX這種廣域差分技術(shù)在無基準(zhǔn)站及CORS系統(tǒng)的區(qū)域，特別是遠(yuǎn)海風(fēng)電基礎(chǔ)定位領(lǐng)域大面積推廣應(yīng)用的前景，并廣泛提高項(xiàng)目作業(yè)效率與降低時(shí)間成本。